一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的葉片式擴(kuò)壓器及其造型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的葉片式擴(kuò)壓器及其造型方法，包括擴(kuò)壓器輪盤、擴(kuò)壓器輪蓋、內(nèi)置徑向擴(kuò)壓器葉片、內(nèi)置軸向擴(kuò)壓器葉片，所述徑向擴(kuò)壓器葉片和軸向擴(kuò)壓器葉片沿周向均勻地分布在擴(kuò)壓器輪盤和擴(kuò)壓器輪蓋之間。該擴(kuò)壓器可由傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器創(chuàng)造性改造而成，具有造型方便、造價低、加工簡單等優(yōu)點，其特殊的燕尾形前尾緣可提高擴(kuò)壓器對離心葉輪出口高速無序流動的適應(yīng)能力，從而大幅度提高高壓比離心壓氣機(jī)效率和穩(wěn)定工作裕度；其葉片的防垢涂層可有效減少積垢的產(chǎn)生，保持足夠的空氣流通面積，減小流動摩擦力，從而降低壓氣機(jī)的喘振問題，提高壓氣機(jī)的安全性，能特別適用于中小型航空發(fā)動機(jī)高壓比離心壓氣機(jī)。
【專利說明】
一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的葉片式擴(kuò)壓器及其造型方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高壓比離心壓氣機(jī)領(lǐng)域，涉及一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的葉片式擴(kuò)壓器及其造型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、壓比高、可靠性高、制造方便、成本低廉、工藝性好及較寬的穩(wěn)定工作裕度等優(yōu)點，離心壓氣機(jī)在中小型發(fā)動機(jī)上得到了廣泛的運用。為進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的推重比/功重比，完善高空各種飛行狀態(tài)下的性能，對離心壓氣機(jī)的壓比更高要求;高壓比離心壓氣機(jī)葉輪出口氣流速度高且不均勻，再加上離心葉輪出口寬度很小，擴(kuò)壓器進(jìn)口與葉輪出口非常接近，兩者之間存在強烈的非定常相互作用，惡化離心葉輪與擴(kuò)壓器的匹配，大大降低離心壓氣機(jī)的效率和穩(wěn)定工作范圍，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)緊湊損失低的擴(kuò)壓器設(shè)計非常具有挑戰(zhàn)性，成為制約高壓比離心壓氣機(jī)應(yīng)用于工程實際的主要技術(shù)障礙。
[0003]管式擴(kuò)壓器由于其相鄰兩個管式擴(kuò)壓器壁面相貫形成的燕尾形前緣能更好適應(yīng)轉(zhuǎn)子出口的高速非均勻流動，并且與傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器相比，相同通流面積時具有更小的壁面面積，減小了摩擦損失，有利于提高高壓比離心壓氣機(jī)的效率和穩(wěn)定工作裕度，北美通用和普惠公司已經(jīng)將管式擴(kuò)壓器成功應(yīng)用于實際型號中。然而，對于徑向擴(kuò)壓器和軸向擴(kuò)壓器設(shè)計成連成一體的管式擴(kuò)壓器，普遍存在軸向出口氣流沿周向極不均勻的現(xiàn)象，從而引起的壓氣機(jī)喘振問題也為壓氣機(jī)應(yīng)用帶來安全隱患，另外，管式擴(kuò)壓器還存在加工難度大、成本高、加工精度難以保證等問題。因此，亟需一種既有利于控制成本又有利于提高離心壓氣機(jī)性能的新型擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種既有利于控制成本又有利于提高離心壓氣機(jī)性能的新型擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)，并給出造型方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，包括軸向擴(kuò)壓器葉片、擴(kuò)壓器輪盤、擴(kuò)壓器輪蓋、擴(kuò)壓器聯(lián)接螺栓、徑向擴(kuò)壓器葉片，所述徑向擴(kuò)壓器葉片和軸向擴(kuò)壓器葉片沿周向均勻地分布在擴(kuò)壓器輪盤和擴(kuò)壓器輪蓋之間，所述的徑向擴(kuò)壓器葉片具有燕尾形前緣和燕尾形尾緣結(jié)構(gòu)，其造型方法為:
[0006]I)基于傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器，以掃描造型用二次曲線沿擴(kuò)壓器葉片端壁型線掃掠，然后與傳統(tǒng)擴(kuò)壓器本體進(jìn)行布爾減法運算，得到具有燕尾形前緣和燕尾形尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器；
[0007]2)上述掃描造型用二次曲線的端點分別為擴(kuò)壓器葉片前緣與葉片根部截面的交點、葉片前緣與葉片尖部截面的交點，掃描造型用二次曲線所在平面垂直于擴(kuò)壓器的壓力面，曲線朝葉片吸力面?zhèn)葟澢?br>[0008]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)壓器設(shè)置在離心壓氣機(jī)氣流出口部分，且徑向擴(kuò)壓器進(jìn)口半徑R3與離心葉輪出口半徑R2之比為1.03-1.1。
[0009]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)壓器擴(kuò)張通道的橫截面積可通過變化二次曲線形狀和用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器楔形角Θ獲得，從而調(diào)整擴(kuò)壓器進(jìn)出口面積比。
[0010]進(jìn)一步地，所述用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器楔形角Θ不小于8°。
[0011]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)壓器葉片上涂有防垢防腐涂層，可有效減少擴(kuò)壓器葉片積垢嚴(yán)重問題，克服因積垢產(chǎn)生的空氣流通面積變小而引起壓氣機(jī)產(chǎn)生的喘振問題。
[0012]進(jìn)一步地，所述擴(kuò)壓器葉片上涂有的防垢防腐涂層是采用HVOF噴涂工藝噴涂的含有l(wèi)%Ti納米粒子的三氧化二鋁陶瓷復(fù)合涂層，可提高葉片的防垢防腐減磨性能。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:所述的具有燕尾形前緣和尾緣結(jié)構(gòu)的葉片式擴(kuò)壓器，對高速氣流有很好的適應(yīng)性，防垢涂層可有效減少積垢的產(chǎn)生，保持足夠的空氣流通面積，減小流動摩擦力，從而降低壓氣機(jī)的喘振問題，提高壓氣機(jī)的安全性能;且本發(fā)明造型方便、造價低、加工簡單、安全性好，并可大幅度提高離心壓氣機(jī)效率和穩(wěn)定工作裕度，特別適用于中小型航空發(fā)動機(jī)高壓比離心壓氣機(jī)。
【附圖說明】
[0014]圖1為具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)葉片式擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2a和圖2b為本發(fā)明的傳統(tǒng)楔形擴(kuò)壓器造型參數(shù)及擴(kuò)壓器三維示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的造型方法用結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明的具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)葉片式擴(kuò)壓器的三維示意圖；
[0018]其中，I 一軸向擴(kuò)壓器葉片；2 —擴(kuò)壓器輪盤;3 —擴(kuò)壓器輪蓋;4一擴(kuò)壓器聯(lián)接螺栓；5—徑向擴(kuò)壓器葉片;6 —燕尾形前緣;7-燕尾形尾緣;8-掃描造型用二次曲線；9-傳統(tǒng)擴(kuò)壓器前緣；10-擴(kuò)壓器吸力面；11-擴(kuò)壓器壓力面；12-擴(kuò)壓器葉片端壁型線；13-傳統(tǒng)楔形擴(kuò)壓器葉片。
【具體實施方式】
[0019]以下，結(jié)合附圖1?4和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0020]如圖1示出本發(fā)明的具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)葉片式擴(kuò)壓器的實施例，包括擴(kuò)壓器輪盤2、擴(kuò)壓器輪蓋3及內(nèi)置的若干徑向擴(kuò)壓器葉片5和軸向擴(kuò)壓器葉片I，擴(kuò)壓器聯(lián)接螺栓4將徑向擴(kuò)壓器葉片5固定在擴(kuò)壓器輪盤2和擴(kuò)壓器輪蓋3之間，該實施例適用于高壓比離心壓氣機(jī)。所述的徑向擴(kuò)壓器葉片5具有燕尾形前緣6和燕尾形尾緣7，是基于傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器葉片13創(chuàng)造性改造而來。所述徑向擴(kuò)壓器葉片5上涂有防垢防腐涂層，所述的防垢防腐涂層是采用HVOF噴涂工藝噴涂的含有l(wèi)%Ti納米粒子的三氧化二鋁陶瓷復(fù)合涂層，提高葉片的防垢防腐減磨性能，可有效減少擴(kuò)壓器葉片積垢嚴(yán)重問題，克服因積垢產(chǎn)生的空氣流通面積變小而引起壓氣機(jī)產(chǎn)生的喘振問題。
[0021]如圖2a和圖2b示出傳統(tǒng)楔形擴(kuò)壓器葉片13造型參數(shù)及擴(kuò)壓器三維示意圖，R3和R4分別為擴(kuò)壓器進(jìn)出口，Θ為葉片造型楔形角，α為幾何進(jìn)氣角；其中，徑向擴(kuò)壓器進(jìn)口半徑R3與離心葉輪出口半徑R2之比為1.03-1.1，楔形角Θ不小于8°。
[0022]所述的徑向擴(kuò)壓器葉片5，其造型方法為:
[0023](I)基于傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器13，以某掃描造型用二次曲線8沿擴(kuò)壓器葉片端壁型線12掃掠，然后與傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器13本體進(jìn)行布爾減法運算，得到既具有燕尾形前緣6又具有燕尾形尾緣7結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器5;
[0024](2)上述掃描造型用二次曲線8的端點分別為擴(kuò)壓器葉片前緣9與葉片根部截面的交點、葉片前緣9與葉片尖部截面的交點，掃描造型用二次曲線8所在平面垂直于擴(kuò)壓器的壓力面11，掃描造型用二次曲線8朝葉片吸力面10側(cè)彎曲，如圖3和圖4所示。
[0025]本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的任何變形、改進(jìn)、替換均落入本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，其特征在于，包括軸向擴(kuò)壓器葉片(I)、擴(kuò)壓器輪盤(2)、擴(kuò)壓器輪蓋(3)、擴(kuò)壓器聯(lián)接螺栓(4)、徑向擴(kuò)壓器葉片(5)，所述徑向擴(kuò)壓器葉片(5)和軸向擴(kuò)壓器葉片(I)沿周向均勻地分布在擴(kuò)壓器輪盤(2)和擴(kuò)壓器輪蓋(3)之間，所述的徑向擴(kuò)壓器葉片(5)具有燕尾形前緣(6)和燕尾形尾緣(7)結(jié)構(gòu)，其造型方法為: 1)基于傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器(13)，以掃描造型用二次曲線(8)沿擴(kuò)壓器葉片端壁型線(12)掃掠，然后與傳統(tǒng)擴(kuò)壓器本體(13)進(jìn)行布爾減法運算，得到具有燕尾形前緣(6)和燕尾形尾緣(7)結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器； 2)上述掃描造型用二次曲線(8)的端點分別為擴(kuò)壓器葉片前緣(9)與葉片根部截面的交點、葉片前緣(9)與葉片尖部截面的交點，掃描造型用二次曲線(8)所在平面垂直于擴(kuò)壓器的壓力面(11)，曲線朝葉片吸力面(10)側(cè)彎曲。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，其特征在于，所述擴(kuò)壓器設(shè)置在離心壓氣機(jī)氣流出口部分，且徑向擴(kuò)壓器進(jìn)口半徑R3與離心葉輪出口半徑R2之比為I.03-1.I ο3.如權(quán)利要求1所述的一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，其特征在于，所述擴(kuò)壓器擴(kuò)張通道的橫截面積可通過變化二次曲線(8)形狀和用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器(13)楔形角Θ獲得。4.如權(quán)利要求3所述的一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，其特征在于，所述用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴(kuò)壓器(13)楔形角Θ不小于8°。5.如權(quán)利要求1所述的一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，其特征在于，所述徑向擴(kuò)壓器葉片(5)上涂有防垢防腐涂層。6.如權(quán)利要求5所述的一種具有燕尾形前尾緣結(jié)構(gòu)的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，其特征在于，所述徑向擴(kuò)壓器葉片(5)上涂有的防垢防腐涂層是采用HVOF噴涂工藝噴涂的含有I %Ti納米粒子的三氧化二鋁陶瓷復(fù)合涂層。
【文檔編號】C23C4/129GK106089808SQ201610608677
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610608677.2, CN 106089808 A, CN 106089808A, CN 201610608677, CN-A-106089808, CN106089808 A, CN106089808A, CN201610608677, CN201610608677.2
【發(fā)明人】王毅
【申請人】中南大學(xué)